(57)【要約】【課題】本発明は透過型電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法及び装置に関し、試料への電子線照射量を減らすことができるトモグラフのデータ測定方法及び装置に関する。【解決手段】透過型電子顕微鏡によるトモグラフデータを測定する場合において、  試料３ａを傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に直前のステップの画像とのずれ量を求めるずれ量算出手段６と、該ずれ量算出手段６で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう位置ずれ補正手段６と、を具備し、自動的にデータ測定を行なうように構成する。【選択図】図１
2010108633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型電子顕微鏡によるトモグラフデータを測定する場合において、
試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップとその１ステップ前の画像とのずれ量を求める第１の工程と、
該第１の工程で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう第２の工程と、
を用いて自動的にデータ測定を行なうことを特徴とする透過電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法。
【請求項２】
前記視野ずれの補正は、当該ステップの画像とその１ステップ前の画像との相互相関により求めたずれ量に基づいて行なうことを特徴とする請求項１記載の透過電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法。
【請求項３】
透過型電子顕微鏡によるトモグラフデータを測定する場合において、
試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップとその１ステップ前の画像とのずれ量を求めるずれ量算出手段と、
該ずれ量算出手段で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう位置ずれ補正手段と、
を具備し、自動的にデータ測定を行なうことを特徴とする透過電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は透過型電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法及び装置に関し、更に詳しくは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いたトモグラフデータを測定する方法及び装置に関する。本発明は、透過電子顕微鏡でトモグラフ（３次元構造観察）測定を行なう全ての分野に適用される。しかしながら、電子線による試料損傷の影響を受けやすい生物分野及び生物試料観察に使用されるクライオＴＥＭへの適用が特に有効である。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、トモグラフを目的とした試料傾斜画像を得るのは、サイドエントリータイプ（鏡筒の側面から接続されるタイプ）のゴニオメータを備えたＴＥＭを用いて行なわれる。サイドエントリータイプのゴニオメータは、試料の回転軸とＴＥＭ像の視野中心が一致するようにサービスマン又はユーザが機械的に調整することにより行なう。しかしながら、機械的な調整精度はよくてもサブミクロンオーダー程度であるため、ＴＥＭでの高倍率での観察においては必ず試料傾斜に伴って視野ずれが生じる。
【０００３】
トモグラフのための試料傾斜画像シリーズの取得は、ＣＣＤとＴＥＭをコンピュータ制御できるプログラムを用いて自動的に行われる。このプログラムは、試料傾斜による視野ずれを補正するために、試料を傾斜させるたびに視野ずれ量を判定するためのＴＥＭ像をＣＣＤによって取得する。取得された画像は、試料傾斜前の画像と比較され（一般的には相互相関演算がなされる）、ずれ量が導き出される。このずれ量は、ゴニオメータ又はＴＥＭに備えられた電磁的な偏向器によって補正される。補正が完了した後に傾斜画像シリーズを構成するＴＥＭ像の取得が行なわれる。
【０００４】
図４はトモグラフシステムに必要な構成例を示す図である。図において、１０は本体を表わす鏡筒である。鏡筒１０において、１は電子線を発生させる電子線源、２は該電子線源１の出力電子線を集束させる第１の電子光学系、３は該第１の電子光学系２の下部に配置された試料保持台である。図示しない試料３ａは該試料保持台３にセットされている。
【０００５】
４は該試料保持台３の下部に設けられた第２の電子光学系、５は試料を透過した電子線を検出する電子線検出器である。ここで、第１の電子光学系２は照射光学系であり、第２の電子光学系４は結像光学系である。７は試料保持台３と接続され、該試料保持台３を回転させる試料傾斜部である。６は鏡筒１０の外部に設けられた制御用の外部コンピュータであり、例えばパソコン（ＰＣ）が用いられる。前記電子線検出器５の出力はパソコン６に接続され、また該パソコン６からは試料傾斜部７に制御信号が出力され、試料保持台３を所定角度傾斜させるようになっている。この結果、試料３ａも傾斜することになる。
【０００６】
図５は試料傾斜の説明図である。試料３ａは水平線Ｈに対してθだけ傾いている。この傾いた試料３ａに電子線ｅが照射される。試料３ａを透過した電子線は透過電子線ｅ’となる。このように構成された装置の動作を図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【０００７】
先ず、操作者が定義する測定開始角度まで試料を傾斜させ（Ｓ１）、目標物のＴＥＭ像を取得する（Ｓ２）。ここで、最初の回転角度θは、例えば＋７０度に設定される。ここで、ＴＥＭ像を記録する際の露光時間は、像のＳ／Ｎ比が悪くなく且つ試料３ａのダメージが少なくなるように操作者が調整する。ここで、操作者は試料を１度乃至数度ステップで傾斜させる（Ｓ３）。
【０００８】
ここで、試料傾斜時に生じる目標物の位置ずれ（Ｘ−Ｙ面：電子線の入射方向に対して垂直な平面内）を傾斜前後の画像の相互相関からパソコン６でコンピュータ処理で判定し、偏向コイル又は試料移動により補正する（Ｓ４）。又はゴニオメータ或いは電磁的方法により視野ずれ（位置ずれ）を補正する。また、試料傾斜時に生じる電子線入射方向への位置ずれ（Ｚ方向のずれ）は、対物レンズのフォーカスで自動焦点調整する（Ｓ５）。
【０００９】
目標物の位置ずれ補正が完了した後、ＣＣＤカメラなどの画像記録メディアでＴＥＭ像を記録する画像取得を行なう（Ｓ６）。現在の試料傾斜角度が操作者により定義された最小角度でない場合は、再度試料傾斜を行ないステップＳ３に戻り画像取得を行なう（Ｓ７）。この場合において、試料３ａへの電子線照射を低減するために、つまり試料への損傷を抑えるため、ＣＣＤカメラ等の画像記録デバイスで画像を取得する時以外は、試料への電子線照射を行わないようにする。
【００１０】
従来のこの種の装置としては、試料傾斜時に発生する観察対象領域の位置ずれの補正信号を生成するための手段を試料移動機構制御手段に配置し、該試料移動機構はこの位置補正信号を受けて動作し、観察対象領域が試料傾斜前の空間位置に戻るように試料位置を補正する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１１】
また、オメガ型エネルギーフィルタの下段に第２の偏向コイルを配置し、この偏向コイルにより電子線と垂直なＸ−Ｙ平面上でＸ方向の所定の磁界を発生させて画像上の目標物が移動した移動方向と移動量を示すベクトルを算出する。同じく１組の偏向コイルにより、電子線と垂直なＸ−Ｙ平面上で所定の磁界を発生させて画像上の目標物が移動した移動方向と移動量を示すベクトルを算出し、第１のベクトル演算処理で算出されたベクトルと第２のベクトル算出処理で算出されたベクトルに基づいて基本行列を決定し、この基本行列に基づいて位置ずれの補正のための補正値を算出する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１０６８７３号公報（段落００１０〜００１３、図１〜図３）
【特許文献２】特開２００５−２７６７５９号公報（段落００１７〜００３０、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述した従来の方法では、試料傾斜に伴う視野ずれを判定するためにだけに使用されるＴＥＭ像を取得する必要があった（図６のＳ４参照）。このために最終的に試料傾斜画像シリーズを構成するＴＥＭ像枚数の倍の枚数の画像を取得する必要があった。これは、試料への電子線の暴露量を倍にすることを意味する。電子線照射量が一定値を越えると試料が壊れてしまうようなものを観察する場合に、電子線の照射量が増えることは大きな問題となる。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされものであって、試料への電子線照射量を減らすことができる透過型電子顕微鏡におけるトモグラフのデータ測定方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）請求項１記載の発明は、透過型電子顕微鏡によるトモグラフデータを測定する場合において、試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップとその１ステップ前の画像とのずれ量を求める第１の工程と、該第１の工程で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう第２の工程と、を用いて自動的にデータ測定を行なうことを特徴とする。
【００１５】
（２）請求項２記載の発明は、前記視野ずれの補正は、当該ステップの画像とその１ステップ前の画像との相互相関により求めたずれ量に基づいて行なうことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、透過型電子顕微鏡によるトモグラフデータを測定する場合において、試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップとその直前のステップの画像とのずれ量を求めるずれ量算出手段と、該ずれ量算出手段で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう位置ずれ補正手段と、を具備し、自動的にデータ測定を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
（１）請求項１記載の発明によれば、試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップの画像とその１ステップ前の画像とのずれ量を求める第１の工程と、該第１の工程で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう第２の工程とを用いて自動的にデータ測定を行なうので、試料への視野ずれ補正用のＴＥＭ像を取得する必要がなく、試料への電子線照射量を減らすことができる。
【００１７】
（２）請求項２記載の発明によれば、時間的に隣り合う２枚の画像の相互相関をとることにより、視野ずれの補正を正確に行なうことができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップの画像とその１ステップ前の画像とのずれ量を求める第１の工程と、該第１の工程で求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう第２の工程とを用いて自動的にデータ測定を行なうので、試料への視野ずれ補正用のＴＥＭ像を取得する必要がなく、試料への電子線照射量を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。本発明を実行する装置構成は、図４に示すものとほぼ同じである。即ち、電子線源１と、電子線を試料の特定位置に照射する第１の電子光学系２と、試料傾斜機構及び観察視野上に試料傾斜軸がくるように設計された試料保持台（所謂ユーセントリックゴニオメータ）３と、試料を透過した電子線を結像するための第２の電子光学系４からなる透過型電子顕微鏡と、上記撮影像を検出するためのＣＣＤカメラ５と、透過型電子顕微鏡と電子線検出器（ＣＣＤカメラ）５との通信が可能な外部コンピュータ６と、該外部コンピュータ（以下コンピュータと略す）６上で実行することにより自動的に試料を傾斜し、ＣＣＤカメラの画像を取得するプログラムからなる。
【００１９】
前記コンピュータ６内には、後述する経験値補正テーブル１１ａを記憶するための記憶部１１が内蔵されている。７は試料保持台３を回転させるための試料傾斜部であり、外部コンピュータ６からの回転制御信号を受けるようになっている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２０】
先ず操作者が自ら試料傾斜によって観察視野中の目標物が移動しないようにユーセントリックゴニオメータ３を機械的に十分調整する。必要な調整精度は、観察しようとする倍率（透過型電子顕微鏡の拡大倍率）において、１ステップ試料傾斜を行った場合に視野から目標物が完全に逃げない程度である。第１の電子光学系２により電子線を発散させて、試料３ａ上への電子線照射密度を極力下げて、プログラムを実行する。
【００２１】
図１は本発明の動作の一例を示すフローチャートである。このプログラムを実行する装置は図２に示すものを用いる。図１に示す構成は、図４に示す構成とほぼ同じである。異なる点は、外部コンピュータ６内に後述する経験値補正テーブル１１ａを記憶させる記憶部１１が設けられている点である。
【００２２】
先ず操作者が定義する測定開始角度まで試料を傾斜させる（Ｓ１）。この測定開始角度としては、例えば＋７０度程度に設定される。この傾斜された試料３ａ（図５参照）に電子線を照射する。照射された電子線は、該試料３ａを透過する。この試料３ａを透過した電子線は第２の電子光学系（結像光学系）４により集束され、ＴＥＭ像となる。
【００２３】
このＴＥＭ像は、ＣＣＤカメラ５で取得され、コンピュータ６内の記憶部１１に記憶される（Ｓ２）。続いて試料３ａを１度乃至数度ステップで傾斜させる（Ｓ３）。例えば１度負方向に傾斜させ、傾斜角を６９度にする。具体的には、コンピュータ６が試料傾斜部７を制御することにより、回転させて６９度に設定する。ここで、後述する経験値がある場合は、コンピュータ６は経験値補正を行なう（Ｓ４）。コンピュータ６は、今回取得した傾斜角６９度における画像と、１ステップ前に取得した傾斜角７０度の画像との相互相関演算を行ない傾斜角６８度における視野のずれ量を求め、コンピュータ６内の記憶部１１に記憶させる（Ｓ５）。
【００２４】
ここで求めた視野のずれ量から次の傾斜角６８度における視野がどれくらい動くかを予測して試料位置の補正を行なう（Ｓ６）。この補正量は後述する記憶部１１内に設けられた経験値補正テーブル１１ａに記憶される。図３は経験値補正テーブル１１ａの構成例を示す図である。Ｘ，Ｙ，Ｚの補正値データが記憶されている。図では、傾斜角が７０度から−７０度まで設定されており、それぞれの場合にＸ座標値，Ｙ座標値，Ｚ座標値の視野ずれ補正量が記憶されている。Ｚ座標値は、それぞれの傾斜角における補正値が経験値に基づいて予め設定されている。傾斜角７０度，６９度におけるＸ座標値とＹ座標値は予め適当な値に設定されている。
【００２５】
Ｄ３１はこのようにして求めた傾斜角６８度におけるＸ座標値、Ｄ３２はＹ座標値である。試料の位置補正データＤ３１とＤ３２は経験値補正テーブル１１ａに記憶される（Ｓ７）。次に、コンピュータ６は測定終了角度になったかどうかチェックする（Ｓ８）。今の傾斜角度は６９度であるので、まだ測定終了角度ではない。そこで、ステップＳ３に戻り、傾斜角を１度だけ負方向に設定し傾斜角を６８度とする（Ｓ３）。
【００２６】
次に、コンピュータ６は経験値補正を行なう（Ｓ４）。この経験値補正は、経験値補正テーブル１１ａに記憶されているＸ，Ｙ，Ｚ座標値に基づいてゴニオメータ又は偏向器を用いて視野ずれ補正を行なうものである。ここでのＸ座標値はＤ３１，Ｙ座標値はＤ３２，Ｚ座標値はＤ３３である。これらの補正データを用いて試料位置補正（視野ずれ補正）を行なう。
【００２７】
次にコンピュータ６は今回取得した傾斜角６８度における画像を内部記憶部１１に記憶する。そして、前回取得した傾斜角６９度における画像と今回取得した傾斜角６８度における画像の相互補正演算を行ない、視野のずれ量を求める（Ｓ５）。コンピュータ６は、ここで求めた視野のずれ量から次の傾斜角６７度における視野がどれくらい動くかを予測して試料位置の補正を行なう（Ｓ６）。この補正量は前記経験値補正テーブル１１ａに記憶される（Ｓ７）。図２のＸ座標値Ｄ４１，Ｙ座標値Ｄ４２がこのようにして算出した傾斜角６７度おける試料位置補正値（試料の視野補正値）である。
【００２８】
次に、コンピュータ６は測定終了角度になったかどうかチェックする（Ｓ８）。今の傾斜角度は６８度であるので、まだ測定終了角度ではない。そこで、ステップＳ３に戻り、傾斜角を１度だけ負方向に設定し傾斜角を６７度とする（Ｓ３）。以下、同様の操作を測定終了角−７０度まで繰り返す。測定終了角が−７０度になったら、測定を終了する。
【００２９】
このようにして各傾斜角における試料位置補正値が求まると、所定の傾斜角でＴＥＭ像を得る場合、経験値補正テーブルに記憶されている当該傾斜角におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向の補正値を用いて位置調整を行なう。この結果、視野中心の位置が調整された正確なＴＥＭ像を得ることができる。
【００３０】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、試料を傾斜することに伴う視野ずれの補正を行なう時に、傾斜ステップ毎に当該ステップにおける画像とその１ステップの画像とのずれ量を求める第１のステップと、該第１のステップで求めたずれ量を基に次の傾斜ステップにおけるずれ量を予測して位置ずれ補正を行なう第２のステップとを用いて自動的にデータ測定を行なうので、試料への視野ずれ補正用のＴＥＭ像を取得する必要がないので、試料への電子線照射量を減らすことができる。
【００３１】
このように、本発明によれば、視野ずれ補正用のＴＥＭ像を取得しないので、試料への電子線照射量を減らすことができる。また、視野位置補正に経験値を用いることで、観測を行なうたびに視野ずれ量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】経験値補正テーブルの構成例を示す図である。
【図４】トモグラフシステムに必要な構成例を示す図である。
【図５】試料傾斜の説明図である。
【図６】従来装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１      電子線源
２      第１の電子光学系
３      試料保持台
４      第２の電子光学系
５      電子線検出器
６      外部コンピュータ
７      試料傾斜部
１０    鏡筒
１１    記憶部
１１ａ  経験値補正テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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